يوضح بحث جديد فعالية مركب هندسي في منع فقدان العظام لدى الفئران التي تسافر إلى الفضاء. يمكن أن يوفر هذا الإنجاز حلاً لرواد الفضاء ومرضى هشاشة العظام هنا على الأرض. وجدت دراسة جديدة نُشرت اليوم (18 سبتمبر) في مجلة npj Microgravity الشريكة لمجلة Nature أن إعطاء مركب هندسي للفئران على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) منع إلى حد كبير فقدان العظام المرتبط بالزمكان.
تسلط الدراسة، التي أجراها فريق متعدد التخصصات من الأساتذة في جامعة كاليفورنيا، لوس أنجلوس (UCLA) ومعهد فورسيث في كامبريدج، ماساتشوستس، الضوء على علاج واعد للتخفيف من فقدان العظام الشديد الناجم عن السفر إلى الفضاء على المدى الطويل وانحطاط العضلات والعظام على الأرض.
لقد كان فقدان العظام الناجم عن الجاذبية الصغرى منذ فترة طويلة قضية مهمة في البعثات الفضائية طويلة الأمد. يؤدي انخفاض الحمل الميكانيكي الناتج عن الجاذبية الصغرى إلى فقدان العظام بمعدل 12 مرة أعلى مما يحدث على الأرض. قد يعاني رواد الفضاء في مدار أرضي منخفض من معدلات فقدان العظام تصل إلى 1% شهريًا، مما قد يضر بصحة عظام رواد الفضاء ويزيد من خطر تعرضهم للكسور أثناء رحلات الفضاء الطويلة وفي وقت لاحق من حياتهم.
تعتمد الاستراتيجيات الحالية للتخفيف من فقدان العظام على التحميل الميكانيكي الناجم عن التمارين الرياضية لتعزيز تكوين العظام، ولكن هذه الاستراتيجية ليست مثالية على الإطلاق بالنسبة للطواقم المعرضة للجاذبية الصغرى لمدة تصل إلى ستة أشهر. لا تمنع التمارين الرياضية دائمًا فقدان العظام، وتستهلك وقتًا ثمينًا من جانب الركاب، وقد تكون موانع لأنواع معينة من الإصابات.
بحثت الدراسة الجديدة فيما إذا كان التناول الجهازي للجزيء 1 الشبيه بـ NELL (NELL-1) يمكن أن يقلل من فقدان العظام الناجم عن الجاذبية الصغرى. قاد الدراسة شيا سو، دكتوراه في الطب، والرئيس المساعد لقسم الجراحة التجميلية وأستاذ الجراحة وجراحة العظام في كلية ديفيد جيفن للطب في جامعة كاليفورنيا. يعد NELL-1، الذي اكتشفه الدكتور كانغ تينغ من معهد فورسيث، ضروريًا لنمو العظام والحفاظ على كثافة العظام. كما قاد البروفيسور دينغ العديد من الدراسات التي أظهرت أن تناول NELL-1 موضعيًا يمكنه تجديد الأنسجة العضلية الهيكلية مثل العظام والغضاريف.
تطلب التسليم المنهجي لـ NELL-1 على محطة الفضاء الدولية من فريق البحث تقليل عدد الحقن. قام بن وو، دكتوراه، ويولونغ تشانغ، دكتوراه، من معهد فورسيث، بتعزيز الإمكانات العلاجية لـ NELL-1 من خلال تمديد نصف عمر جزيء NELL-1 من 5.5 ساعة إلى 15.5 ساعة دون فقدان النشاط البيولوجي، وإنشاء جزيء BP-NELL-PEG "ذكي" عن طريق الاقتران الحيوي لبيسفوسفونات خاملة (BP) يمكنها استهداف الأنسجة العظمية بشكل أكثر تحديدًا دون التأثيرات الضارة الشائعة لـ BP.
بعد ذلك، أجرى فريقا Soo وTing تقييمًا شاملاً للجزيء المحسّن لتحديد مدى فعالية وسلامة BP-NELL-PEG على الأرض. ووجدوا أن BP-NELL-PEG يتمتع بخصوصية ممتازة لأنسجة العظام دون التسبب في آثار ضارة واضحة.
من أجل تحديد التطبيق العملي لـ BP-NELL-PEG في ظل ظروف الفضاء الفعلية، عمل الباحثون مع مركز تقدم علوم الفضاء (CASIS) وفرع أميس التابع للإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) لإجراء استعدادات واسعة النطاق للفضاء. تعرض نصف فئران محطة الفضاء الدولية لبيئة الجاذبية الصغرى ("رحلة TERM") لمدة تصل إلى تسعة أسابيع لمحاكاة تحديات السفر إلى الفضاء لفترة طويلة، بينما أعيدت الفئران المتبقية إلى الأرض. بعد 4.5 أسابيع من الإطلاق في أول عودة حية للفأر في تاريخ الولايات المتحدة ("رحلة LAR"). تلقت كل من مجموعة TERM ومجموعة طيران LAR العلاج باستخدام BP-NELL-PEG أو مجموعة مراقبة مخزنة بالفوسفات (PBS). يبقى عدد متساو من الفئران في مركز كينيدي للفضاء كمجموعة تحكم طبيعية في الجاذبية الأرضية ("الأرض") ويتم علاجها أيضًا بـ BP-NELL-PEG أو PBS.
تم زيادة تكوين العظام بشكل ملحوظ في كل من الفئران الطائرة والأرضية التي عولجت بـ BP-NELL-PEG. ولم يكن للفئران التي عولجت في الفضاء وعلى الأرض أي آثار سلبية واضحة على صحتها.
وقال الباحث الرئيسي شيا سو: "إن النتائج التي توصلنا إليها تحمل وعدًا كبيرًا لاستكشاف الفضاء في المستقبل، وخاصة بالنسبة للمهمات التي تنطوي على إقامة طويلة الأمد في بيئات الجاذبية الصغرى". "إذا أكدت الدراسات البشرية ذلك، فإن BP-NELL-PEG سيكون أداة فعالة في مكافحة فقدان العظام وانحطاط العضلات والعظام، خاصة في المواقف التي يكون فيها تدريب المقاومة التقليدي مستحيلاً بسبب الإصابة أو عوامل الإعاقة الأخرى."
وقال الباحث الرئيسي المشارك بن وو: "يمكن أن يكون لاستراتيجية الهندسة الحيوية هذه فوائد مهمة هنا على الأرض أيضًا، حيث توفر علاجًا محتملاً للمرضى الذين يعانون من هشاشة العظام الشديدة والأمراض الأخرى المرتبطة بالعظام".
"في الخطوة التالية، سيشرف عالم مشروع جامعة كاليفورنيا، بين ها، الحاصل على دكتوراه في الطب، على تحليل بيانات عودة الحيوانات الحية. ونأمل أن يلقي هذا بعض الضوء على كيفية مساعدة رواد الفضاء في المستقبل على التعافي من المهمات الفضائية الأطول."